Диссертация (Разработка трубчатых направляющих аппаратов в отводах высокооборотных центробежных насосов с целью снижения виброактивности и увеличения ресурса работы), страница 11

Экспериментальные данныетакже указывают, что максимальные амплитуды пульсаций реализуются впроточнойполостигидродинамическогоотвода.взаимодействияВрезультатенеравномерностейнестационарногопотокамежду84вращающимся рабочим колесом и неподвижным отводящим устройством,вблизи входных кромок лопаток направляющего аппарата возникаютколебания на частотах, кратных частоте вращения РК, частоту следованиялопаток (ЧСЛ) и ее высшие гармоники. Эти колебания могут быть особенноопасны при совпадении с собственными резонансными частотами элементовконструкции [65].Входевычислительныхэкспериментовианализаполученныхпараметров в проточной части отвода подтверждено снижение потерь энергиии амплитуды пульсаций давлений в каналах трубчатого НА [71, 72].

В таблице4 приведены данные сравнения потерь полного давления для лопаточного итрубчатого НА.Таблица 4 Потери полного давления в НА разного конструктивногоисполнения.Вариантотвода Потери(форма сечения)Лопаточныйдавления, ПаНА8,31E+06(прямоугольная)Трубчатый(круглая)полногоНА6,88E+0685а.б.Рис. 30 Пульсации давления на входе в НА: а - лопаточный;б – трубчатый, с каналами круглого сечения.Необходимоотметить,чточисленныйанализтрехмерногонестационарного потока в отводе насоса показывает снижение амплитудыпервой гармоники ЧСЛ (по числу основных лопаток) в зоне входа в НА.

Этосогласуется с экспериментальными данными.Таким образом, эффект применения трубчатого НА выражается не тольков повышении динамической прочности конструкции, но и снижениидинамической нагрузки от пульсаций давленияГлава 5. Анализ статистики быстро меняющихся параметровнасосов окислителя в отводах которых, установлены направляющиеаппараты разного конструктивного исполнения.5.1. Порядок обработки статистики БМП потока в отводецентробежного насоса.На основе анализа статистики стендовых испытаний кислородно-86керосиновых ЖРД за период с 1990 по 2005гг. проведена оценкапульсационных и вибрационных характеристик насосов окислителя, имеющихв отводах направляющие аппараты разного конструктивного исполнения.Полученные результаты обработки данных подтверждают снижениеамплитуд вибрации в насосах с направляющими аппаратами, имеющимиканалы круглого поперечного сечения.Применительно к ЖРД, в НПО Энергомаш в 1995 году направляющийаппарат с каналами круглой формы был опробован и внедрен в конструкциюнасоса окислителя ТНА самых мощных отечественных двигателей РД171 иРД171М.Анализ пульсаций давления и вибрации корпуса насоса окислителяпроводился по суммарному сигналу и по спектральным составляющим начастотах следования лопаток (ЧСЛ) на трех режимах по тяге: номинальный(Рном.), 0,8Рном.

и на режиме работы конечной ступени (Ркст.).На Рис. 31 – Рис. 38 приведены результаты сравнительного анализабыстроменяющихся параметров (БМП) насосов окислителя с отводами,имеющими лопаточные направляющие аппараты с каналами прямоугольногосечения и трубчатые НА с каналами круглого поперечного сечения (см.

Рис. 4и Рис. 5). Всего было испытано 69 двигателей. Из них десять в насосах ТНАимели трубчатые направляющие аппараты с круглыми каналами. Общее числопроведенных испытаний составляет более 200 (из них – 46 испытаний струбчатыми направляющими аппаратами новой конструкции) [ 77 ].5.2. Анализ статистики амплитуд пульсаций давления на выходе изцентробежного насоса.Измерение амплитуд пульсаций проводилось штатными датчикамипульсаций давления, ВТ309-01 [78], рабочий диапазон амплитуд ± 56кгс/см2 ,диапазон частот до 10кГц , относительная погрешность ±10%.Исследованиями амплитуд пульсаций давления на выходе из насоса (см.

Рис.1 и Рис. 2, обозначения замеров – выходы №1 и №2) по суммарному сигналу87было установлено, что различие показаний датчиков, установленных в насосахс отводами разного конструктивного исполнения незначительно и находится впределах ~8%, т.е. снижение пульсаций давления определяется областьюдопустимой погрешности измерения датчиков (±10%), и поэтому измеренияпульсаций давления на выходе насосов, имеющих в отводах трубчатыенаправляющие аппараты с круглыми каналами не показывают сниженияамплитуд суммарного сигнала пульсаций давления на режимах Рном.,0,8Рном. и Ркст. (Рис. 31, Рис.

32, табл. 5,6 соответственно).δρΣ, кгс/см 28Режим Рном.6Режим 0,8Рном.Режим Ркст4027500850095001050011500125001350014500n,об/минРис. 31 Пульсации давления потока по суммарному сигналу на выходе №1 (см.Рис. 1, Рис. 2) в зависимости от числа оборотов насоса:○-лопаточныйнаправляющий аппарат;●-направляющий аппарат круглого сечения.Таблица 5Режим работы двигателя по тяге.Рном.Наименование агрегата0,8Рном.Ркст.Среднестатистические значенияпульсаций давления, кг/см21.Насос с лопаточным направляющим аппаратом.7,75,83,92.Насос с направляющим аппаратом,имеющим каналы круглого сечения7,25,13,7Снижение уровня пульсаций, в %6,512588Исследованияпульсационныххарактеристикпоспектральнымсоставляющим 1 - 4ой лопаточных частот не поддаются какой-либосистематизации, так как показания датчиков находятся и ниже, и вышеотносительно средней кривой среднестатистических данных. Но при этомможно констатировать, что на 1-ой лопаточной частоте на режиме Рном.

в среднем на 2х выходах снижение пульсаций давления на 17,5%, на 0,8Рном. нетповышения пульсаций давления выше средней статистической, а максимальное снижение пульсаций давления имеется на режиме Ркст. на выходе №1 29% и на выходе №2 – 33%; на 2-ой лопаточной снижение на 31,5% и39%Рном.

но на режиме Ркст. увеличение пульсаций на выходе №1 – на 23%,на выходе №2 – на 20%; на 3-ей лопаточной частоте увеличение пульсацийдавления на режиме Рном., на выходе №1 и на режиме Ркст. на выходе №2, навсех остальных режимах по 1-му и 2-му выходам из насоса наблюдаетсяснижение пульсаций давления; на 4-ой лопаточной частоте увеличениепульсаций давления на режиме Рном. на 13% на 1-ом выходе, а на остальныхрежимах только снижение пульсаций давления как на 1-ом так и на 2-омвыходах из насоса.На 1-ой лопаточной и 2-ой лопаточных частотах с высокой амплитудойзафиксировано существенное снижение пульсаций давления .На 1-ой лопаточной частоте снижение пульсаций давления на режимеРкст. в среднем по 2-м выходам на ~ 31%.На 2ой лопаточной частоте на основном режиме работы первой ступениракеты носителя (Рном.) имеется снижение пульсаций давления Рном.- навыходе №1 снижается на 22%, на выходе №2 на 45%- в среднем на 33% .В работе [9] исследование БМП при модельных испытаниях насосаокислителя также показали снижение пульсаций давления на наиболееопасной 2ой лопаточной частоты почти в два раза.Таким образом, в этом случае необходимы дополнительные исследованияс применением более точной измерительной аппаратуры и более расширеннойэкспериментальной программой.89При дальнейших исследованиях необходимо акцентировать внимание наимеющемся снижении пульсаций давления на 1-ой и 2-ой лопаточныхчастотах с высокой амплитудой при работе двигателя на номинальномрежиме.Необходимо провести дополнительные конструктивные проработкипроточной части отвода с последующим профилированием.

В этом случаеможно достигнуть более ощутимых результатов в вопросе сниженияпульсаций давления.δρΣ.,кгс/см28Режим Рном.Режим 0,8Рном.6Режим Ркст.4n (об/мин)27500850095001050011500125001350014500Рис. 32 Пульсации давления потока по суммарному сигналу на выходе №2(см. Рис. 1, Рис. 2) в зависимости от числа оборотов насоса:○-лопаточныйаппарат,●- направляющий аппарат с каналами круглого сечения.Таблица 6Режим работы двигателя по тягеНаименование агрегатаРном.0,8Рном.

Ркст.Среднестатистические значенияпульсаций давления, кг/м21.Насос с лопаточным направляющимаппаратом.2.Насос с направляющим аппаратом, имею- ,щим каналы круглого сеченияСнижение уровня пульсаций давления. в %7,04,83,36,34,73,01029905.3. Анализ статистики амплитуд вибрации на выходе изцентробежного насоса.Измерение амплитуд вибрации осуществлялось штатными датчикамиАВС-01[79] (предел измерения вибрации ускорения ± 5000g), погрешность±10%.Изучение статистики изменения амплитуд вибрации корпуса насосапоказывает, что применение в отводе направляющего аппарата с круглымиканалами позволяет снизить вибрацию.На Рис. 33, Рис.

34 даны графические изображения вибрационныххарактеристиксразныминаправляющимиаппаратамивотводахцентробежных насосов по суммарному сигналу (продольная и поперечнаявибрации и их числовые значения в таблицах 7 и 8 соответственно).Получено снижение продольной вибрации(вибрации корпуса насосапараллельно оси вращения вала - продольная вибрация) по суммарномусигналу на номинальном режиме (Рном.) на 12%; на режиме 0,8Рном. на 4,4%;на режиме Ркст на 11%.

В среднем продольная вибрация снизилась на ~ 12%.По спектральным составляющим: на 1 – 4 лопаточных частотахснижение вибрации ниже среднестатистических данных на всех режимахработы насоса, кроме режима Рном. на 1-ой лопаточной – увеличениевибрации на 8%, которое находится в области допустимой погрешностипоказаний датчиков (±10%), то есть можно сказать, что без изменения.Снижениепоперечнойвибрации(вибрациикорпусанасосаперпендикулярно оси вращения вала – поперечная вибрация) по суммарномусигналу на режиме Рном.

составляет 16%; на режиме 0,8Рном – 10%; нарежиме Ркст. – 23%.91AfpΣ,g200Режим Рном.Режим 0,8Рном.150Режим Ркст.100507500850095001050011500125001350014500n, об/минРис. 33 Продольная вибрация корпуса по суммарному сигналу взависимости от числа оборотов насоса:○–лопаточный аппарат,●–направляющийаппарат с каналами круглого сечения.Таблица 7Режим работы двигателя по тягеНаименование агрегатаРном.0,8Рном.Ркст.Среднестатистические значениявибрации, g1.Насос с лопаточным аппаратом.180,2128,28104,862.Насос с направляющим аппаратом, имеющим каналы круглогосеченияСнижение уровня вибрации в %161,2122,6581,974,42211По спектральным составляющим: 1-я лопаточная частота на режимахРном.

и Ркст. имеет снижение вибрации, а на режиме 0,8Рном. увеличениевибрации на 26% по отношению к среднестатистическим данным; 2-ялопаточная частота на режимах 0,8Рном. и Ркст. снижение вибрации на 18% и45% соответственно, но на режиме Рном. увеличение вибрации на 10%относительно среднестатистических данных; 3-я лопаточная частота снижениевибрации на режимах Рном. и 0,8Рном. на 18% и 27% соответственно, нарежиме Ркст. увеличение вибрации на 15% относительно статистики.

Только92300AfpΣ,gРежим Рном.250Режим Ркст.Режим 0,8Рном.2001507500850095001050011500125001350014500n,об/минРис. 34 Поперечная вибрация корпуса по суммарному сигналу в зависимостиот числа оборотов насоса:○ – лопаточный направляющий аппарат,● –трубчатый направляющий аппарат с каналами круглого сечения.Таблица 8Режим работы двигателя по тяге.Рном.Наименование агрегата0,8РномРкст.Среднестатистические значениявибрации, g1.Насос с лопаточным аппаратом285,2225,7218,12.Насос с трубчатым аппаратом, имеющимканалы круглого сечения.237,5190,1136,8Снижение уровня вибрации, в %15,537,216,74я гармоника ЧСЛ на всех режимах имеет снижение вибрации - Рном на 27%,0,8Рном.